(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線デバイス内に暗号材料をロードして前記無線デバイスを無線ネットワークの一部として動作させることを可能にする方法であって、
無線メッシュネットワークの構成デバイスとセキュリティマネージャとの間にネットワーク接続を確立することと、
前記構成デバイスを介して前記セキュリティマネージャと前記無線デバイスとの間に安全な通信経路を確立することと、
前記安全な通信経路を通じて前記セキュリティマネージャから前記暗号材料を前記無線デバイスにロードすること、とを含み、
前記安全な通信経路は、前記構成デバイスと前記無線デバイスとの間の遮蔽された無線リンクを備え、
前記遮蔽された無線リンクは、前記構成デバイスに接続され、前記無線デバイスのアンテナ上に装着可能なチューブ状アンテナを備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記構成デバイスは、前記ネットワーク接続を介して前記セキュリティマネージャから受信されたメッセージを無線通信プロトコルに変換する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記安全な通信経路は、前記構成デバイスと前記無線デバイスとの間の一時的有線接続を備える請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記構成デバイスは、制御システム通信プロトコルを使用して前記一時的有線接続を介して前記無線デバイスと通信する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記構成デバイスは、前記ネットワーク接続を介して前記セキュリティマネージャから受信されたメッセージを前記制御システム通信プロトコルに変換する請求４に記載の方法。
【請求項６】
前記安全な通信経路を通じて前記暗号材料に加えて構成データをロードすることをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
グラフィカルユーザインターフェースを表示することと、
前記グラフィカルユーザインターフェースを通じて前記暗号材料のロードを開始することとを含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ネットワーク接続は、前記構成デバイスの接続先となる有線デジタル通信ネットワークを含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記暗号材料は、ワンタイムパッド技術を使用して生成される鍵を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
無線ネットワークを有線デジタル通信ネットワークとインターフェースするゲートウェイを含む前記無線ネットワーク内にインストールされる無線デバイスに対する初期構成データを供給するための構成デバイスであって、
前記有線デジタル通信ネットワークへの有線接続と、
前記無線デバイスと通信するための安全な通信リンクと、
前記ゲートウェイと前記無線デバイスとの間に、前記初期構成データの転送に使用される安全な通信経路を確立するためのインターフェースとを備え、
前記安全な通信リンクは、前記構成デバイスと前記無線デバイスとの間の遮蔽された無線リンクを含み、
前記遮蔽された無線リンクは、前記無線デバイスのアンテナ上に装着可能なチューブ状アンテナを備えることを特徴とする構成デバイス。
る構成デバイス。
【請求項１１】
前記構成データは、暗号材料およびネットワークＩＤのうちの少なくとも一方を含む請求項１０に記載の構成デバイス。
【請求項１２】
前記インターフェースは、前記ネットワーク接続を介して前記ゲートウェイから受信されたメッセージを無線通信プロトコルに変換する請求項１１に記載の構成。
【請求項１３】
前記安全な通信リンクは、前記構成デバイスと前記無線デバイスとの間の一時的な有線接続を備える請求項１０に記載の構成デバイス。
【請求項１４】
前記構成デバイスは、制御システム通信プロトコルを使用して前記一時的有線接続を介して前記無線デバイスと通信する請求項１３に記載の構成デバイス。
【請求項１５】
前記インターフェースは、前記ネットワーク接続を介して前記ゲートウェイから受信されたメッセージを前記制御システム通信プロトコルに変換する請求項１４に記載の構成デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線メッシュネットワークを介して通信するデバイスに関する。特に、本発明は、無線メッシュネットワークへのデバイスの加入前に暗号鍵をデバイス内に自動的に、安全にロード（load）することに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線データ通信および制御は、未来のセンサ自動化、プロセス制御、セキュリティ、および安全規制に重要な役割を担う。無線データ通信および制御にとって重要な要件の１つは、ネットワークを介して通信するデバイスの消費電力を最小限に抑えることである。
【０００３】
低電力のセンサ／アクチュエータベースのアプリケーション向けに設計された無線メッシュネットワークシステムでは、ネットワーク内の多くのデバイスが、寿命の長い電池または低電力エネルギースカベンジング電源によって電力を供給されなければならない。１２０ＶＡＣ電源などのコンセントは、典型的には、大きな据え付け費を負うことなく器具（センサ）およびアクチュエータが配置されなければならない危険な場所に隣接して配置されることはなく、またはその中には許可されないことがある。据え付け費の低減が必要であることから、無線メッシュネットワークの一部として通信する電池式のデバイスが必要になる。再充電できない一次電池などの有限電源の効果的使用が、無線デバイスがうまく機能するうえで極めて重要である。電池は５年より長く、好ましくは製品の寿命まで持続することが期待される。
【０００４】
自己組織化マルチホップネットワークとも称されうる、真の無線メッシュネットワークでは、それぞれのデバイスは、ネットワーク内でそれ自体ならびに他のデバイスに対してメッセージをルーティングできなければならない。ネットワーク経由でノードからノードへメッセージがホッピングするという概念は、低電力のＲＦラジオが使用される可能性があり、しかも、メッシュネットワークが一端から他端へメッセージを配送する重要な物理的領域にまたがる可能性があるため有益である。メッシュネットワークにおいては、大電力ラジオは必要でなく、中央基地局と直接交信する遠隔デバイスを採用するポイントツーポイントシステムとは対照的である。
【０００５】
メッシュネットワークプロトコルは、デバイス間、およびデバイスとデータコレクタとの間のメッセージング、またはある程度高水準の高速データバスへのブリッジまたはゲートウェイのメッセージングのための代替経路の形成を可能にする。無線メッセージのための代替の冗長経路があれば、環境の影響により、または干渉により、他の経路がブロックされたり、または低下した場合でも、メッセージが流れる少なくとも１つの代替経路があることを保証することによって、データ信頼性が高まる。
【０００６】
いくつかのメッシュネットワークプロトコルは、すべてのデバイスが割り当て済みの親および少なくとも１つの代替親を有するように決定論的にルーティングされる。メッシュネットワークの階層内では、人間の家族の場合と同様に、親は子を持ち、子はその親に対する孫を持ち、というような構成をとる。それぞれのデバイス（または「ノード」）は、その子孫に対するメッセージをネットワーク経由でゲートウェイなどのある種の最終目的地に中継する。親デバイスは、電池式デバイスまたは有限エネルギー電力を供給されるデバイスとすることができる。ノードがより多くの子孫を持てば持つほど、より多くのトラヒックをルーティングしなければならず、延いては、直接的にそれ自体の消費電力を増加させ電池寿命を縮めることになる。
【０００７】
節電のために、いくつかのプロトコルでは、メッセージをリスンする限定された時間の間だけ、ノードのラジオをオンにすることによって、どのノードも任意の期間中に扱うことができるトラヒック量を制限する。したがって、平均電力を削減するために、このプロトコルによって、ラジオのデューティサイクル動作のオン、オフを繰り返し切り換えることができる。いくつかのプロトコルでは、節電のために、ネットワーク全体が同時にオンとオフになるように、グローバルデューティサイクルを使用する。他のプロトコル（例えば、ＴＤＭＡベースのプロトコル）では、一緒にリンクされるノードの通信する対のみが所定の時間にオンとオフを同期して切り換えるようにスケジュールされるローカルデューティサイクルを使用する。典型的には、リンクは、一組のノードに、通信のための特定のタイムスロット、ラジオによって使用されるＲＦ周波数チャネル、その時点で誰が受信しているか（Ｒｘ）、および誰が送信しているか（Ｔｘ）を割り当てることにより、予め定められる。
【０００８】
メッシュネットワークでは、安全なネットワーク内に新しいデバイスを組み込むために「加入」と呼ばれるプロセスを使用する。この加入プロセス中に、いくつかの情報交換が行われ、構成が設定される。
【０００９】
新しいデバイスでは、ラジオ範囲内にある類似のデバイスを発見するためにネットワーク既定チャネルを使用する。これらは、新しいデバイスがネットワークへの加盟を求めるために利用可能な、新しいデバイスが有する既存のネットワークノードである。範囲内にあるそれぞれのデバイスの存在が記録される。新しいデバイスは、隣接デバイスとのハンドシェークプロトコルを確立するためのメッセージを送信し、ネットワークへの加入を求め、デバイス番号およびネットワークＩＤを提供する。隣接デバイスは、例えば、ネットワークゲートウェイまたはそのゲートウェイに接続されているサーバ上で動作しているソフトウェアプログラムであってもよい、ネットワークマネージャに要求を伝達する。新しいデバイスは、その「隣接デバイス」リストをネットワークマネージャに提供し、このリストによって、ネットワークマネージャがネットワークに新しいデバイスが参加できるように確立されなければならないリンクを決定することができる。
【００１０】
新しいデバイスは、ネットワークマネージャから加入メッセージを受信する。次いで、新しいデバイスは、ネットワークマネージャがネットワーク内の新しいデバイスから他のデバイスへのリンクを確立するために必要な他の情報とともに期待される応答を送り返す。
【００１１】
新しいデバイスならびにその新しい親および子は、必要なリンクを確立するためにネットワークマネージャから構成情報を受け取って実装する。次いで、新しいデバイスは、ネットワークに完全に加入し、参加している。
【００１２】
無線メッシュネットワークでは、通信のセキュリティおよび使い勝手が２つの重要な特徴である。これら２つの特徴は、対立する特徴となる可能性があるが、それは、通信のセキュリティは複雑さを暗示しており、物事がうまくいかなくなる機会のあることを示唆しているからである。
【００１３】
無線メッシュネットワークにおいて使用される一アプローチでは、セキュリティは、対称加入鍵機構に基礎を置いている。正しい加入鍵をデバイスにロードすることによって、次いで、そのデバイスは、その隣接デバイスと通信し、またメッシュネットワークのゲートウェイと安全な方法で通信することができる。このアプローチでは、加入プロセス中に、隣接デバイスへのメッセージは、格納されている加入鍵を使用して新しいデバイスによって暗号化される。新しいデバイスが間違った加入鍵を持っている場合、加入要求は、隣接デバイスによって拒絶され、ネットワークマネージャには送信されない。また、新しいデバイスは、ネットワークマネージャから加入メッセージを復号化するために加入鍵を使用する。対称加入鍵機構を必要としないセキュリティに対する他のアプローチも可能である。これらの他のアプローチでは、非対称もしくは対称暗号鍵またはデバイス内に格納されている他の暗号材料を使用して、ネットワークセキュリティを確保する。
【００１４】
無線メッシュネットワークの問題の１つは、暗号材料（加入鍵または他の対称もしくは非対称鍵など）を初回に無線デバイスにどのようにロードするかである。ロードが手動で実行される場合、人間の誤りが生じうる。ロードがデバイスとの無線通信を通じて実行される場合、通信は安全ではなく、また範囲内にある他の無線デバイスがロードされる新しいデバイスを宛先としていた暗号材料を受信して、場合によっては誤用することもありうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
無線メッシュネットワーク経由で通信する際に無線デバイスによって使用される暗号材料（暗号鍵または加入鍵など）は、構成デバイスを使用することで無線デバイス内にロードされる。新しい無線デバイスが、無線メッシュネットワーク内にインストールされることを予想して構成される場合、構成デバイスは、無線メッシュネットワークのセキュリティマネージャと無線デバイスとの間に安全な通信経路を形成する。暗号材料、さらには他の構成データは、構成デバイスを介してセキュリティマネージャと無線デバイスとの間で転送される。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
一実施形態では、構成デバイスと無線デバイスとの間の接続は、無線デバイスのアンテナの周りを囲む遮蔽されたアンテナを通じて無線通信プロトコルによってなされる。遮蔽されたアンテナは、構成デバイスと無線デバイスとの間の無線伝送が、近隣無線デバイスによって受信されるのを防ぐ。
【００１７】
他の実施形態では、構成デバイスと無線デバイスとの間に一時的な有線接続が確立される。構成データおよび暗号材料は、無線デバイスへの有線接続を介して構成デバイスから供給される。制御システム通信プロトコル（例えば、ＨＡＲＴプロトコルなど）を使用して、構成データと暗号材料とを無線デバイスに供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ホストとフィールドデバイスとの間で無線メッシュネットワークによりメッセージのルーティングが行われるプロセス制御／監視システムを示す図である。
【図２Ａ】安全な無線通信経路を形成するために構成デバイスを使用して図１のシステムに加えられるフィールドデバイス内に暗号材料をロードすることを示す図である。
【図２Ｂ】安全な無線通信経路を形成するために構成デバイスを使用して図１のシステムに加えられるフィールドデバイス内に暗号材料をロードすることを示す図である。
【図３】安全な有線通信経路を形成するために構成デバイスを使用して図１のシステムに加えられるフィールドデバイス内に暗号材料をロードすることを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、ホストコンピュータ１２、高速ネットワーク１４、無線メッシュネットワーク１６（ゲートウェイ１８および無線フィールドデバイスまたはノード２０ａ〜２０ｉを含む）、構成デバイス３０、およびネットワークコンピュータ３２を備える、プロセス制御／監視システム１０を示している。ゲートウェイ１８は、高速ネットワーク１４を介してメッシュネットワーク１６とホストコンピュータ１２とのインターフェースとなる。メッセージは、ネットワーク１４を介してホストコンピュータ１２からゲートウェイ１８に伝送することができ、次いで、複数の異なる経路のうちの１つの経路を経由してメッシュネットワーク１６の選択されたノードに送信される。同様に、メッシュネットワーク１６の個別のノードからのメッセージは、それらがゲートウェイ１８に到達し、次いで、高速ネットワーク１４を介してホスト１２に送信されるまで、複数の経路のうちの１つの経路を介してノードツーノードからメッシュネットワーク１６を通じてルーティングされる。
【００２０】
加入プロセスを使用して、新しい無線フィールドデバイスをネットワーク１６に追加することができる。一実施形態では、ネットワーク１６内のセキュリティは、対称加入鍵機構に基礎を置いている。デバイスが他のフィールドデバイスによって、またゲートウェイによって受け入れられるように、正しい加入鍵をフィールドデバイス内にロードしなければならない。加入鍵は、安全にロードされなければならないので、範囲内にある他の無線デバイスは、加入鍵を受信して、場合によっては間違って使用することはできない。加入鍵は、手動でそれぞれの新しいフィールドデバイス内にロードできるが、手動ロードは、誤りを起こしがちであり、人間のオペレータに暗号材料を曝すおそれがある。
【００２１】
目標は、鍵などの暗号材料を安全な方法で新しいフィールドデバイス内にロードすることである。これは、ゲートウェイ１８と新しいフィールドデバイスと間の安全な無線通信経路（図２Ａおよび２Ｂに関して後で説明されるような）または安全な有線通信経路（図３に関して説明されているような）を通じて実現されうる。両方の場合において、構成デバイス３０は、例えば、ウェブブラウザを含むことができるグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を備えるネットワークコンピュータ３２とともに、ネットワーク１４に接続される。構成デバイス３０とコンピュータ３２上のＧＵＩとを使用することで、技術者は、ネットワークセキュリティマネージャ（例えば、ゲートウェイ１８またはホストコンピュータ１２上で実行されているアプリケーションプログラムであってもよい）に問い合わせを行い、新しいフィールドデバイスに対する正しい加入鍵（または他の暗号材料）を取得し、加入鍵を新しいフィールドデバイス内に安全にロードすることができる。加入鍵および他の必要な情報がロードされた後、新しいフィールドデバイスをフィールド内にインストールすることができ、そこで、格納されている加入鍵を加入プロセスの一部として使用して、無線ネットワーク１６の一部になることができる。
【００２２】
ホストコンピュータ１２は、フィールドデバイス２０ａ〜２０ｉにメッセージを送信すること、およびフィールドデバイス２０ａ〜２０ｉからのメッセージに含まれているデータを受信し、分析することを容易にするアプリケーションプログラムを実行する分散型制御システムオンホストとしてもよい。ホストコンピュータ１２は、例えば、ＡＭＳ（商標）デバイスマネージャをアプリケーションプログラムとして使用し、ユーザ側でフィールドデバイス２０ａ〜２０ｉを監視し、対話操作することを可能にすることができる。
【００２３】
ゲートウェイ１８は、いくつかの異なる通信プロトコルを使用してネットワーク１４を介してホストコンピュータ１２と通信することができる。一実施形態において、ネットワーク１４は、２線式通信リンクであるＲＳ４８５であり、これにより、ゲートウェイ１８は、ＭＯＤＢＵＳプロトコルを使用してホストコンピュータ１２と通信することができる。他の実施形態では、ネットワーク１４は、イーサネットネットワークであり、ネットワーク１４を介した通信は、イーサネットインターフェースを使用してＭＯＤＢＵＤ  ＴＣＰ／ＩＰをサポートすることができる。
【００２４】
ゲートウェイ１８は、ウェブサーバとしても使用することができ（または関連するウェブサーバを有することができ）、これにより、ネットワーク１４上のユーザは無線ネットワーク１６のフィールドデバイス２０ａ〜２０ｉにアクセスし、データを処理することができる。ウェブサーバにおいて、ゲートウェイ１８は、標準のウェブブラウザおよびネットワーク１４との安全なイーサネット接続を備えるコンピュータを使用して構成することができる。ゲートウェイ１８によって生成されるユーザ構成可能な監視ページを使用することで、フィールドデバイス２０ａ〜２０ｉからの測定された値をグループ化し、ウェブインターフェースに容易に表示することができる。ゲートウェイ１８によって生成されたウェブページは、ホストコンピュータ１２、またはネットワーク１４に接続されている他のコンピュータもしくはネットワークデバイス（コンピュータ３２など）を通じてネットワーク１４にアクセスすることによって表示することができる。ゲートウェイ１８の機能を実行するのに適しているデバイスの例としては、Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ  Ｉｎｃ．社のＲｏｓｅｍｏｕｎｔ  １４２０無線ゲートウェイがある。他の実施形態では、ウェブブラウザおよびウェブサーバがなくても、他のフォーマットでＧＵＩを通じて情報を提供することができる。
【００２５】
システム１０は、有線分散型制御システム用に設計された、また使用されているフィールドデバイス、さらには無線メッシュネットワークで使用するように無線送信機として専用設計されたフィールドデバイスを使用することができる。無線送信機の例としては、Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ  Ｉｎｃ．社のＲｏｓｅｍｏｕｎｔ  ３０５１Ｓ無線レベル送信機、Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ  ６４８無線温度送信機、およびＲｏｓｅｍｏｕｎｔ  ３０５１Ｓ無線圧力送信機が挙げられる。これらの無線送信機は、有線システムで使用することも可能である。
【００２６】
無線ネットワーク１６は、好ましくは、ノードの多くが寿命の長い電池または低電力エネルギースカベンジング電源によって電力を供給される低電力ネットワークである。無線ネットワーク１６を介した通信は、メッシュネットワーク構成に従って行うことができ、その場合、メッセージは、ネットワーク１６を通じてノードツーノードから送信される。これにより、低電力ＲＦラジオを使用することができるが、その一方で、ネットワーク１６が重要な物理的領域にまたがり、ネットワークの一方端から他端へメッセージを配送することができる。
【００２７】
有線制御／監視システムでは、ホストコンピュータとフィールドデバイスとの間の対話は、ＨＡＲＴ、Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ  Ｆｉｅｌｄｂｕｓ、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ、または同様のものなどの制御システム通信プロトコルによるよく知られている制御メッセージを使用して実行される。有線システムと無線システムの両方で使用することができるフィールドデバイスは、知られている制御メッセージプロトコルのうちの１つに従って制御メッセージを使用することができる。いくつかの場合において、無線ネットワーク１６の一部である、無線フィールドデバイス２０ａ〜２０ｉは、ネットワーク１６上の無線通信が本質的に汎用である無線プロトコルに従って実行されるためホストコンピュータ１２とこれらのよく知られている制御メッセージを直接交換することができない場合がある。
【００２８】
無線プロトコルを使用してホストコンピュータ１２およびフィールドデバイス２０ａ〜２０ｉが通信しなくても、無線ネットワーク１６を介してホストコンピュータ１２とフィールドデバイス２０ａ〜２０ｉとの間でよく知られているフィールドデバイス制御メッセージの送受信を行うことができるようにする方法を提供することができる。よく知られているフィールドデバイス制御メッセージは、フィールドデバイス２０ａ〜２０ｉとの対話の制御を行うために、ホストコンピュータ１２とフィールドデバイス２０ａ〜２０ｉとの間で制御メッセージングを交換できるように汎用無線プロトコル中に埋め込むことができる。その結果、無線ネットワーク１６およびその無線通信プロトコルは、ホストコンピュータ１２およびフィールドデバイス２０ａ〜２０ｉに対し本質的に透過的である。以下の説明では、ＨＡＲＴプロトコルが、知られている制御システム通信プロトコルの一例として使用されるが、ただし、他のプロトコル（例えば、Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ  Ｆｉｅｌｄｂｕｓ、Ｐｒｏｆｉｂｕｓなど）も使用することができる。
【００２９】
同様の問題が、メッセージをフィールドデバイス２０ａ〜２０ｉに送るためにホストコンピュータ１２によって使用されるアドレスに関係する。有線システムでは、ホストコンピュータは、一意的なフィールドデバイスアドレスを持つそれぞれのフィールドデバイスを処理する。アドレスは、使用される特定の通信プロトコルの一部として定義され、典型的には、ホストコンピュータによってフィールドデバイスに送信される制御メッセージの一部をなす。
【００３０】
図１に示されているネットワーク１６などの無線ネットワークが、ホストコンピュータからフィールドデバイスにメッセージをルーティングするために使用される場合、ホストコンピュータによって使用されるフィールドデバイスアドレスは、無線ネットワークの通信プロトコルによって使用される無線アドレスと互換性がない場合がある。
【００３１】
アドレスを処理する一方法では、ホストコンピュータ１２はフィールドデバイスアドレスではなく無線アドレスを使用する必要がある。しかし、このアプローチでは、フィールドデバイスと有線通信リンクを介して通信するのか、あるいは少なくとも一部は無線ネットワークを介して通信するのかによって、ホストコンピュータ１２には異なるプログラミングが必要になる。それに加えて、典型的には異なる目的を有する、また個別に処理される必要がある、複数のフィールドデバイスの問題が残っている。
【００３２】
代替アプローチでは、ホストコンピュータ１２によって供給されるフィールドデバイスアドレスを対応する無線アドレスに変換するためにゲートウェイ１８を使用する。無線メッセージは、無線アドレスに送信され、メッセージを受信するノードがメッセージを該当するフィールドデバイスに送ることができるようにフィールドデバイスアドレスも含む。フィールドデバイスアドレスを対応する無線アドレスに変換することによって、ホストコンピュータ１２は、フィールドデバイスと対話するときにその固有のフィールドアドレスドメイン内で機能しうる。
【００３３】
一実施形態では、ホストコンピュータ１２は、拡張マークアップ言語（ＸＭＬ）形式のメッセージを使用してゲートウェイ１８と通信する。フィールドデバイス２０ａ〜２０ｉ宛の制御メッセージは、ＨＡＲＴプロトコルに従って送り出され、ＸＭＬ形式でゲートウェイ１８に伝達される。
【００３４】
一実施形態では、ゲートウェイ１８は、ゲートウェイインターフェース、ネットワーク（またはメッシュ）マネージャ、およびラジオトランシーバを備える。ゲートウェイインターフェースは、ホストコンピュータ１２からＸＭＬドキュメントを受信し、ＨＡＲＴ制御メッセージを抽出し、制御メッセージを、無線ネットワーク１６を介して送信される無線メッセージ内に埋め込まれる形式に修正する。
【００３５】
ネットワークまたはメッシュマネージャは、ＨＡＲＴ制御メッセージが埋め込まれ、ノードのアドレスがＨＡＲＴメッセージの送り先となるフィールドデバイスに対応している、無線メッセージを形成する。メッシュマネージャは、例えば、それぞれのフィールドデバイスアドレスを、そのフィールドデバイスアドレスに対応するフィールドデバイスが配置されているノードの無線アドレスに相関させるルックアップテーブルを維持している場合がある。無線プロトコルによる無線メッセージは、ネットワーク１６を通じて無線メッセージをルーティングするために使用される、無線ノードアドレスを含む。フィールドデバイスアドレスは、無線メッセージ内に埋め込まれているＨＡＲＴメッセージに格納され、ネットワーク１６を通じて無線メッセージをルーティングするためには使用されない。その代わりに、フィールドデバイスアドレスは、無線メッセージが意図されたノードに到達した後に使用される。
【００３６】
メッシュマネージャによって、ゲートウェイ１８内のラジオは無線メッセージを送信することになり、これにより、無線メッセージは、ネットワーク１６内で１つまたは複数のホップにより意図されたフィールドデバイスに送信される。例えば、フィールドデバイス２０ｆへのメッセージは、ゲートウェイ１８からフィールドデバイス２０ａに送信され、次いで、フィールドデバイス２０ｆに送信されうるか、あるいはゲートウェイ１８からフィールドデバイス２０ｂに送信され、次いで、フィールドデバイス２０ｆに送信されうる。ネットワーク１６内では、他のルートも可能である。
【００３７】
無線メッセージ（無線プロトコルの）内に埋め込まれた制御メッセージ（制御メッセージプロトコルの）を使用することで、分散型制御システムのホストコンピュータは無線通信ネットワークを通じてフィールドデバイスと対話することができる。無線ネットワークを介した制御メッセージの伝送に対応できるようにホストコンピュータまたはフィールドデバイスのいずれかによって修正しなくても、ＨＡＲＴ、Ｆｉｅｌｄｂｕｓ、または同様のものなどの知られている制御メッセージ形式を使用してホストコンピュータとフィールドデバイスとの間で制御メッセージを交換することができる。制御メッセージは無線通信プロトコル内に埋め込まれ、これにより、ホストコンピュータとフィールドデバイスとの間で交換される制御メッセージの実体は、無線ネットワークを通過した結果として変更されずそのままである。
【００３８】
大きすぎて無線通信プロトコルを通じてルーティングできない制御メッセージをいくつかのパートに分けて、マルチパートとして送信することができる。それぞれのパートが１つの無線メッセージ内に埋め込まれ、マルチパートは、無線ネットワークを出るときに元の制御メッセージに組み立て直すことができる。埋め込まれている制御メッセージ内のメッセージＩＤを使用することによって、元の制御メッセージの埋め込まれた部分を有する個別の無線メッセージが無線ネットワークを通る異なる経路を採ることができるとしても、マルチパートを適切な順序で組み立て直すことができる。
【００３９】
フィールドデバイスアドレスを対応する無線アドレスに変換することによって、ホスト１２は、その固有のフィールドデバイスアドレスドメインにおいて機能することができ、その一方で、無線アドレスドメイン内でフィールドデバイスと対話することができる。無線ネットワーク１６を使用して、メッセージをフィールドデバイスとの間でルーティングすることは、ホスト１２に対し透過的である。無線メッセージ内の無線アドレスとフィールドデバイスアドレスの両方のアドレス変換および包含により、単一のノード（例えば、単一の無線アドレス）に関連付けられている複数のフィールドデバイスを個別に処理することができる。
【００４０】
図２Ａおよび２Ｂは、無線ネットワーク１６に加えられるように暗号材料（加入鍵など）をロードすることによって構成される必要がある、新しいフィールドデバイス２０ｊを示している。この実施形態では、技術者が、構成デバイス３０、コンピュータ３２、チューブ状のアンテナ３４、および同軸ケーブル３６を使用して、ゲートウェイ１８に問い合わせを行い、必要な加入鍵を取得し、フィールドデバイス２０ｊのアンテナ３４とアンテナ４０との間の無線通信を通じて新しいフィールドデバイス２０ｊに加入鍵を供給する。
【００４１】
典型的な慣例では、加入鍵などの暗号材料を新しいデバイス２０ｊにロードすることは、現場にデバイス２０ｊをインストールする前に技術者によって実験室または工場で実行されうる。構成デバイス３０およびコンピュータ３２は、工場または実験室でネットワーク１４に接続される。加入鍵ロードプロセスは、無線ネットワーク１６に対しゲートウェイ１８との通信を確立することによって開始され、新しいフィールドデバイスはこの中に追加される。いくつかの場合において、複数のゲートウェイがネットワーク１４に常駐することができ、同じ無線ネットワークまたは異なる無線ネットワークと対話することができる。
【００４２】
技術者は、コンピュータ３２上で実行されるＧＵＩを使用して情報にアクセスすることができる。例えば、情報は、ゲートウェイ１８のウェブサーバによって生成されるウェブページ内にフォーマットされうる。ゲートウェイ１８によって供給されるウェブページの１つを使用することで、技術者は、新しいフィールドデバイスを無線ネットワーク１６に追加することができる。これは、ウェブページ上の「ａｄｄ」ボタンの形で存在しうる。追加機能が要求された場合（つまり、ａｄｄボタンがクリックされた場合）、ゲートウェイ１８は、構成デバイス３０によって確立された安全な通信経路を通じて新しいフィールドデバイス２０ｊによって使用される暗号材料（加入鍵など）を送信する。暗号材料は、例えば、ゲートウェイ１８またホストコンピュータ１２上で実行されるプログラムであってもよい、ネットワークのセキュリティマネージャによって供給される。
【００４３】
チューブ状のアンテナ３４は、図２Ｂに示されているように、新しいフィールドデバイス２０ｊのアンテナ４０上に置かれる。チューブ状のアンテナ３４が適所に置いた状態で、アンテナ３４とアンテナ４０との間で無線通信を行うことができ、したがって、暗号材料を安全にロードすることができる。チューブ状のアンテナ３４は、例えば、金属パイプ（銅など）またはプラスチックコーティングを施した金属メッシュチューブとすることができる。同軸ケーブル３６によってチューブ３４の内部に送られるＲＦ信号は、金属パイプまたはメッシュチューブによって周りのデバイスから遮蔽され、したがって、アンテナ４０のみが、構成デバイス３０からＲＦ信号を受信することができる。
【００４４】
図２Ａおよび２Ｂに示されている実施形態では、構成デバイス３０は、例えば、発光ダイオードであってもよい、ステータスインジケータ４２および４４を備える。あるいは、ディスプレイ（液晶ディスプレイなど）を、インジケータ４２および４４の代わりに、またはそれに加えて使用することができる。構成デバイス３０は、新しいフィールドデバイス２０ｊが有効であるという認証を供給することもでき、またゲートウェイ１８によって維持されるフィールドデバイスのリストに追加されるべきである。インジケータ４２および４４は、この認証プロセス中にステータスおよびセキュリティ情報を供給することができる。例えば、一実施形態では、インジケータ４２は、インジケータ４２が点灯しているときにデバイス２０ｊのステータスが未知であることを示し、インジケータ４２が点滅しているときにデバイス２０ｊのステータスが検証中であることを示すことができる。同様に、インジケータ４４は、点滅することによってフィールドデバイス２０ｊが有効なデバイスであることを示すことができ、インジケータ４４が連続的に点灯しているときにセキュリティ鍵がロードされていることを示すことができる。
【００４５】
認証プロセス中に、情報は、アンテナ３４、同軸ケーブル３６、および構成デバイス３０によって確立された安全な通信経路を通じてセキュリティマネージャと新しいフィールドデバイス２０ｊとの間で交換されうる。例えば、デバイス番号およびネットワークＩＤ情報を交換することができる。
【００４６】
図３は、加入鍵を新しいフィールドデバイスにダウンロードすることに対する代替実施形態を示している。この実施形態では、構成デバイス３０は、２線式バス５０を介してメッセージを無線デバイス２０ｊに供給することができる。説明されている実施形態では、フィールドデバイス２０ａ〜２０ｊは、有線構成だけでなく無線ネットワークでも動作する能力を有する。図３に示されている実施形態は、ＨＡＲＴなどの制御システム通信プロトコルでメッセージを送信できるフィールドデバイス２０ｊとの一時的な２線式接続を可能にすることによってその能力を利用する。構成デバイス３０は、ゲートウェイ１８またはホストコンピュータ１２から、高速ネットワーク１４上で配送されるメッセージを受信し、それらのメッセージをＨＡＲＴプロトコルに変換し、２線式通信バス５０を介して配送する。フィールドデバイス２０ｊからの返信メッセージは、ＨＡＲＴプロトコルのメッセージであり、そのＨＡＲＴメッセージを変換するか、または埋め込んで高速ネットワーク１４を介して伝送する構成デバイス３０に配送される。メッセージをイーサネット形式からＨＡＲＴプロトコル（図３）または無線プロトコル（図２Ａおよび２Ｂ）に変換するための構成デバイス３０内のアプリケーションプログラムは、高速ネットワーク１４と無線ネットワーク１６との間で類似の形式変換を実行するためにゲートウェイ１８によって使用されるアプリケーションプログラムに類似したものとすることができる。
【００４７】
図２Ａおよび２Ｂに示されている実施形態のように、図３の実施形態では、暗号材料のロードとともに新しいフィールドデバイス２０ｊの認証を可能にする。図３の構成デバイス３０のインジケータ４２および４４は、図２Ａおよび２Ｂを参照しつつ説明されているのと同じステータスおよびセキュリティ情報を供給することができる。
【００４８】
構成デバイス３０によってダウンロードされた暗号材料は、それぞれのフィールドデバイスについて一意的であるか、またはそれぞれのネットワークについて一意的であるものとすることができる。単一のメッセージに対する一意的な鍵の使用は、歴史的に、「ワンタイムパッド」と称されてきた。これは、ネットワークセキュリティに対するしらみつぶし的な攻撃に対抗する最良の保護形態を実現するが、それは、この攻撃が基づく統計的データがないからである。この技術を使用することによって、加入鍵を、１回しか使用されないように、また事前に承認されているデバイスのみによって使用されるように設定することができる。
【００４９】
ゲートウェイ１８またはホストコンピュータ１２からダウンロードできる他の構成データとしては、ネットワークＩＤおよびネットワーク鍵が挙げられる。構成データ３０を通じて新しいフィールドデバイスに転送される構成データの範囲は、コンピュータ３２上のＧＵＩを通じて技術者によって選択可能なものとすることができる。他の場合には、転送される構成データは、ゲートウェイ１８によって自動的に決定することができる。
【００５０】
ゲートウェイ１８と新しいフィールドデバイス（フィールドデバイス２０ｊなど）との間の安全な通信経路を確立する構成デバイスを使用することで、暗号材料をロードし、無線ネットワーク１６内にフィールドデバイス２０ｊをインストールするために必要な他の構成および認証を実行する自動化プロセスが可能になる。暗号材料および他の構成データの転送、および認証プロセスは、技術者による手動入力がなくても、自動的に実行することができる。このプロセスは、ネットワーク１４に接続されたコンピュータ３２上のＧＵＩを通じて技術者によって制御されうる。いくつかの場合において、ＧＵＩは、ゲートウェイ１８のウェブサーバが供給するウェブページを使用するウェブブラウザを含むことができる。
【００５１】
構成デバイス３０は、単純なものであり、最小限度の接続数を使用する。構成デバイス３０によって実行される機能は、専用のものであり、また制限されており、したがって、必要なアプリケーションプログラムは比較的小さく、必要なハードウェアも比較的安価である。いくつかの場合において、安全な無線通信およびフィールドデバイスとの有線通信の両方に対する機能は、同じ構成デバイス内に備えることができる。他の場合には、必要な安全な通信の形態のみが備えられうる。
【００５２】
同じ構成デバイスを、複数のゲートウェイとともに使用することができる。特定のゲートウェイ（および無線ネットワーク）を、新しいフィールドデバイスが加入している特定の無線ネットワークを選択することによってコンピュータ３２上のＧＵＩを通じて選択することができる。
【００５３】
他の実施形態では、構成デバイス３０およびコンピュータ３２の機能を単一デバイスに組み合わせることができる。例えば、構成デバイス３０は、セキュリティマネージャを直接表示し、対話するためのユーザインターフェース（ディスプレイおよびキーボードまたはタッチスクリーン入力）を備えることも可能である。
【００５４】
本発明は、好ましい実施形態を参照しつつ説明されているが、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく形態および詳細に変更が加えられうることを理解するであろう。
【図１】
0005400788.tif 000002
【図２Ａ】
0005400788.tif 000003
【図２Ｂ】
0005400788.tif 000004
【図３】
0005400788.tif 000005